Содержание
Что после нефти. Каким будет зеленое топливо будущего
Курс на энергопереход, в рамках которого планируется перейти с «грязных» угля, нефти и газа на более чистые источники энергии, остается актуальным, несмотря на сегодняшний дефицит ископаемого топлива на мировых рынках.
Дефицит традиционных источников энергии, с одной стороны, отрезвил мировое сообщество и заставил более консервативно подойти к срокам перехода на ESG топливо. С другой — подчеркнул необходимость диверсификации энергоресурсов, особенно в странах, которые традиционно выступают импортерами углеводородов.
Развитие альтернативной энергетики — долгосрочная история. Но уже сейчас отдельные компании и целые страны презентуют свои проекты и дорожные карты по развитию новых видов топлива. Посмотрим, что предлагается производить взамен старого доброго ископаемого топлива.
Самолеты на растительном масле
На авиационную отрасль приходится около 2,5% мировых выбросов CO2, при этом альтернативы реактивным двигателям на горизонте нет.
Поэтому логичным решением выглядит использование специального низкоуглеродного топлива (Sustainable aviation fuel, SAF) вместо традиционного керосина.
Нефтяной гигант Royal Dutch Shell планирует к 2025 г. наладить масштабное производство SAF из отработанного растительного масла, растительных и животных жиров. Завод по переработке биотоплива мощностью 820 тыс. тонн в год может быть запущен в 2024 г. Еще одна европейская компания, Neste, которая уже производит 100 тыс. тонн SAF в год, планирует к 2023 г. увеличить поставки до 1 млн тонн.
Главной проблемой SAF, как и других видов альтернативного топлива, является высокая стоимость. Топливо в разы дороже обычного керосина. Поэтому с момента открытия уровень производства SAF остается очень скромным, на него приходится не более 0,1% мирового спроса на авиатопливо.
Читайте также: Что может быть важнее прибыли. ESG-словарь для инвестора
В Евросоюзе приняли решение поддержать внедрение SAF регуляторными мерами в виде дополнительных налогов для авиаперевозчиков, использующих неэкологичное топливо.
Налоги заработают уже с 2023 г. и могут обеспечить производителей SAF рынком сбыта. Правда, как планируется смягчить негативное влияние на пассажиропоток кратного роста стоимости авиабилетов, пока не сообщается.
Биогаз из навоза и отходов
Под воздействием нескольких видов бактерий из биомассы можно получать метан – ключевой компонент природного газа. В качестве биомассы может использоваться трава, зерно, навоз, бытовые отходы, отходы рыбного и забойного производства, фруктовый жом, отходы переработки картофеля и прочие побочные продукты агропромышленности.
Первая биогазовая установка появилась еще в 1859 г. Сегодня максимальное количество биогазовых установок действует в Китае (15 млн) и Индии (10 млн). Основной сферой применения остаются агропредприятия, которые используют их для переработки отходов и эффективного управления ресурсами. По оценке МЭА, биогаз имеет большой потенциал и может заменить до 20% всего потребляемого миром природного газа.
В России потенциал для использования биогаза в агропромышленности очень высок.
На отдельных предприятиях он уже активно используются. Например, современная биогазовая станция действует на производстве агрохолдинга Goldman Group, который в этом году дебютировал со своими облигациями на Санкт-Петербургской бирже.
Искусственная нефть из воды и воздуха
В начале октября издание Associated Press опубликовало новость о том, что в Германии экогруппа Atmosfair и корпорация Siemens построили первое в мире предприятие, которое станет экспериментальной площадкой по производству синтетической нефти из возобновляемых источников.
Завод будет вырабатывать водород путем электролиза воды, используя энергию с четырех близлежащих ветряных электростанций. На следующем этапе водород будет смешиваться с углекислым газом, добываемым из воздуха и биогазовой установки. Полученная в результате синтетическая нефть будет использована для производства реактивного топлива. При сжигании такого топлива в атмосферу попадет столько же углекислого газа, сколько было потрачено на его производство.
Себестоимость такого топлива достаточно высока, но ожидается, что углеродные налоги в ЕС обеспечат его конкурентоспособность. Теперь осталось только доказать эффективность и масштабируемость технологии. В 2022 г. планируется производить небольшие партии около 8 баррелей в день.
Разноцветный водород
Водородное топливо известно уже давно. По сравнению с углеводородами при его сжигании нет вредных выбросов, что делает водород одним из приоритетных альтернатив для природного газа. У водорода есть свои минусы, которые сдерживали развитие водородной энергетики в прошлом, но углеродные налоги ЕС могут стать хорошим стимулом для отрасли.
В Европе разработали специальную классификацию. В зависимости от способа производства и объема выбросов СО2 водород может быть серым, желтым, голубым или зеленым.
Серый и голубой водород производят из природного газа путем паровой конверсии — химического процесса, в результате которого из метана и воды получается водород и углекислый газ.
Если CO2 выходит в атмосферу, то водород называют «серым». Если CO2 улавливают, то водород называют «голубым».
Желтый и зеленый водород получают путем электролиза воды. Если электроэнергия, используемая в производстве, получена из атомной энергии, то водород называют желтым. Если же используется ВИЭ (возобновляемые источники энергии), водород называется зеленым. Как не трудно догадаться из названия, зеленый водород является самым предпочтительным.
В России всерьез озаботились вопросом развития водородной энергетики, и уже в 2024–2025 гг. Газпром и Росатом планируют запустить 4 пилотных проекта, в том числе производство «зеленого» водорода в Калининградской области для рынка Европы и на Сахалине для потребителей в Азии. Объем водородного экспорта к 2024 г. может составить 200 тыс. тонн водорода в год.
Где взять зеленую энергию? Одолжить у соседа
Пока альтернативное топливо не получило должного распространения, в электроэнергетике активно замещают традиционную генерацию возобновляемой (ВИЭ).
В основном, ветряной и солнечной. Иногда это приводит к неожиданным решениям.
Ключевая проблема ВИЭ — стабильность, а точнее, ее отсутствие. Великобритания, сделавшая ставку на ветряные электростанции, в полной мере ощущает на себе этот недостаток в периоды штиля. Особенно острой ситуация стала в 2021 г., когда цены на традиционную газовую генерацию, компенсирующую падение мощности на ветряках, стали больно бить по кошельку.
Чтобы обеспечить бесперебойное электроснабжение, страна протянула длиннейший в мире подводный кабель North Sea Link, который соединил город Блит на севере страны с норвежской деревней Квиллдал, где находится местная гидроэлектростанция. Кабель длиной 725 км и пропускной мощностью 1,4 ГВт призван обеспечить электроэнергией 1,4 млн британских домов и решить проблему с энергетическим кризисом. По сообщению BBC, кабель был запущен в работу в начале октября. Насколько такое решение окажется долговечным — покажет время.
БКС Мир инвестиций
Топливо будущего — НафтоРинок
Евгений Скрыбка
Согласно отчету американского Института топлива под названием «Tomorrow’s Vehicles», рыночная доля транспортных средств малой грузоподъемности, работающих на бензине, может снизиться с 93,2% в 2012 году до 82,6% в 2023-м, то есть приблизительно на 10% за 10 лет.
Схожие прогнозы делает американская Энергетическая информационная администрация (EIA), в которой считают, что доля потребления бензина снизится на 24% к 2040 году.
В ближайшей перспективе наиболее заметное изменение спроса обеспечат дизельные двигатели и автомобили с гибким выбором топлива, которые могут использовать смеси бензина с этанолом в разных пропорциях. Институт топлива прогнозирует, что доля дизельных автомобилей в США может увеличиться с 2% до 7,2% рынка к 2023 году. В EIA ожидают рост спроса на ДТ в ближайшие 10 лет на 26%. Хотя количество авто с гибким выбором топлива за ближайшие 10 лет может удвоиться и к 2023 году достичь 9,3% рынка, спрос на бензин должен измениться минимально. Так, EIA прогнозирует рост продаж смеси E85 (бензин с содержанием 85% этанола) примерно до 3,4 млрд галлонов к 2040 году, что составит лишь 3% от прогнозируемого рынка бензинов.
Дизельное топливо и смесь бензина с этанолом E85 – продукты, которые по своим характеристикам весьма похожи на бензин, поэтому логично, что они могут оттянуть на себя часть его рыночной доли.
С более радикальной альтернативой бензиновым двигателям – электрическими двигателями и топливными элементами – дела обстоят для потребителя сложнее. Чтобы решиться на покупку электрокара или автомобиля на топливном элементе, топливом для которого является водород, потребители будут оценивать степень распространенности заправочной инфраструктуры для таких машин.
Кроме того, решающим фактором, определяющим решение покупателя в пользу какой-либо альтернативы, почти всегда является стоимость самого автомобиля и топлива для него. В то же время, согласно данным Института топлива, большинство потребителей подчеркивают, что выбирают место для заправки в первую очередь по цене и готовы терпеть неудобства, если это позволит сэкономить деньги на заправке. Потому если ездить на альтернативном топливе будет выгоднее, чем на бензине, спрос на него будет расти быстрее. До тех же пор, пока производители автомобилей в тандеме с топливными компаниями не обеспечат эти два важных условия – доступную цену на авто и на топливо для него – ожидать революции на топливном рынке не приходится.
Впрочем, все может измениться за несколько лет. Мы сейчас наблюдаем, как прорыв в технологии гидроразрыва пласта перекраивает американский рынок традиционных углеводородов. То же самое может произойти и в других сферах.
Природный газ как моторное топливо, который приобрел популярность в некоторых азиатских странах, в США ее не имеет. Хотя СПГ продается в рознице приблизительно вдвое дешевле, чем бензин, переоборудование автомобиля для работы на СПГ может стоить в США $6000 или более, что является большим препятствием для потребителей. Эксперты прогнозируют медленный роста потребления СПГ легковыми автомобилями в течение ближайших 10 лет, ожидая, что доля газовых авто в 2023 году не превысит 0,5% от их общего количества. Однако рост может ускориться в последующие годы, если на рынке сложится благоприятная для этого конъюнктура.
В качестве долгосрочных альтернатив рассматриваются электрокары и водородные автомобили. Стоимость электрокаров постепенно, по мере появления бюджетных моделей, становится все более доступной.
Кроме того, расходы на зарядку электромобилей ниже, чем расходы на покупку нефтяного топлива. Тем не менее значительного роста доли рынка электромобилей не прогнозируется (по данным EIA, менее 1,5% к 2040 году). Основным сдерживающим фактором является медленное пополнение заряда батареи. Значительного прорыва в технологии изготовления батарей тоже не наблюдается, поэтому пока нефтяные компании могут не бояться потерять рынок сбыта.
Зато в развитие транспортных средств на топливных элементах автопроизводители в последнее время вкладывают значительное количество денег, а значит, считают применение водорода в транспортной сфере хорошей альтернативой электричеству. Себестоимость автомобилей на водороде снижается, как и затраты на производство самого водорода, и эта тенденция, скорее всего, продолжится. Процесс создания инфраструктуры для заправки автомобилей водородом в США координируется Министерством энергетики США, которое намерено создать рынок топливного водорода. Однако это требует затрат и времени.
Пока слишком рано говорить об отношении к водороду как к моторному топливу со стороны потребителей, но предпринимаемые усилия позволяют говорить о водороде как о перспективном топливе в долгосрочной перспективе. Если в 2012 году в США было зарегистрировано 500 водородных автомобилей, то к 2023-му эксперты ожидают увеличения в 100 раз, до 50 тыс. или до 70 тыс. по самому оптимистическому сценарию. Но даже в этом случае доля таких автомобилей составит около 0,02% от всего рынка.
Альтернативное топливо: на чем будут ездить автомобили будущего
Содержание:
- Зачем нам «альтернатива»?
- Электротранспорт — это ближайшее будущее?
- Водородный автомобиль: есть ли перспективы?
- (Не)экологичное биотопливо
- Что будет дальше?
Зачем нам «альтернатива»?
Тенденция к декарбонизации захватывает мир: о планах по сокращению выбросов СО2 заявили США, страны Европы и Азии.
Важной вехой стало принятие Парижского соглашения в 2015 году — оно породило движение за углеродную нейтральность.
Евросоюз одним из первых заявил о планах по сокращению выбросов и представил «дорожную карту» — «Зеленый пакт для ЕС» (EU Green Deal). Поскольку на долю автотранспорта приходится около 14% парниковых газов, было принято решение о сокращении на 15% производства автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) к 2025 году, а к 2030 г. — на 55%. К 2035 г. страны Евросоюза и вовсе хотят отказаться от производства автомобилей с ДВС.
Отказ от «неэкологичного» транспорта обеспечивается внедрением «зеленых» технологий в производство. Появляются электрические двигатели, водородные, двигатели на биотопливе. В зависимости от типа транспортного средства выбирается своя технология. Например, в перспективе до 2030 года для крупнотоннажных тягачей наиболее оптимальным будет использование водородного двигателя, а для легковых автомобилей в крупных городах — электрического.
15 марта состоится встреча инвесторов и проектов по AltEnergy.
Инвесторы из АФК «Система», АХ «СТЕПЬ», «Центр водородных технологий», МТС, Электрозавод (ERSO), группа «Черкизово» и другие ищут стартапы и технологии по альтернативной энергетике.
Заявки принимаются до 7 марта на сайте.
Встреча подготовлена RB.RU совместно с АХ «СТЕПЬ» при поддержке АФК «Система».
Несмотря на богатые запасы углеводородного сырья, Россия также взяла курс на переход к экологичному транспорту. В прошлом году был подготовлен проект «Стратегии долгосрочного развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года». Базовый сценарий стратегии предполагает, что к 2050 году будут уменьшены выбросы парниковых газов до объема 60% от уровня 2019 года и на 80% от уровня 1990 года. К 2060 году планируется достичь углеродной нейтральности.
Отдельное место в программе отводится снижению уровня выбросов, производимых автомобильных транспортом.
В 2021 году была принята «Транспортная стратегия до 2030 года», где акцент делается на сокращение выбросов СО2. В соответствии с ней будут поэтапно вводить ограничения на транспортные средства «низких экологических классов». Например, планируется создать специальные зоны, куда въезд автомобилей с неэкологичными двигателями будет запрещен. К слову, соответствующий дорожный знак был официально принят в ПДД в 2017 году, но до сих пор не применялся.
Электротранспорт — это ближайшее будущее?
Если говорить о транспорте с нулевым выбросом углерода, то внимание мирового сообщества сфокусировано на электротранспорте. Некоторые европейские страны на законодательном уровне регулируют развитие рынка электромобилей: например, власти Норвегии планируют прекратить продажу автомобилей с ДВС уже к 2025 году. В 2021 году на электрокары пришлось 65% (114,5 тыс. единиц) всех продаж автомобилей.
Крупнейшие мировые автоконцерны объявляют о переходе на выпуск электротранспорта в ближайшие 10-20 лет.
Например, General Motors планирует к 2025 году показать 30 новых электрокаров. Предполагается, что к этому моменту они будут занимать до 40% всего модельного ряда.
Параллельно европейские страны занимаются развитием инфраструктуры: к 2025 году в ЕС планируется построить 1 млн зарядных станций для электромобилей и 3 млн — к 2035 г. В течение 10 лет за счет государственных и частных инвестиций планируется вложить в эту отрасль около 50 млрд евро.
Россию «электромобилизация» тоже коснулась, причем началось все не с автотранспорта, а общественного. В 2020 году Мосгортранс заявил, что в течение десяти лет в Москве завершится переход на электробусы, сейчас в Москве их около 600 — по доле электробусов в автопарке Москва находится на уровне европейских городов.
А 2021 год стал «переломным» для рынка электротранспорта: Правительство РФ утвердило «Концепцию по развитию производства и использования электроавтомобильного транспорта в РФ до 2030 года».
В ее основе — расчеты экспертно-аналитического доклада «Перспективы развития рынка электротранспорта и зарядной инфраструктуры в России», подготовленного группой экспертов — мной в том числе. Главная особенность «Концепции» в том, что делается ставка на собственное производство в России и электромобилей, и ключевых компонентов: батарей, двигателей.
Почему государство уделяет внимание развитию электромобилей, а не других видов альтернативного транспорта? Дело в том, что технологии производства электрокаров достаточно освоены, чтобы запустить массовое производство. Есть большое количество поставщиков компонентов, а также можно сделать конкретный прогноз стоимости электрического автомобиля.
Кроме того, эксплуатация и обслуживание электромобиля значительно дешевле, чем любого другого транспорта, в том числе дизельного или бензинового. Экономия идет за счет дешевизны электроэнергии, а также отсутствия компонентов, которые нуждаются в техническом обслуживании — не требуется замена масла, фильтров, свечей зажигания и прочего.
Их просто нет.
Однако нельзя не отметить, что инфраструктура сейчас все же недостаточно развита, что делает использование электромобиля комфортным только в крупных городах — где есть сеть зарядных станций. В соответствии с Транспортной стратегией, в России будет создано 144 тыс. зарядных станций к 2030 году. Пока же перемещение, например, из Москвы в Минск может вызвать затруднения.
Эксплуатация электромобиля также меняет пользовательский опыт. Мы привыкли к периодической заправке «железного коня», но на дозарядку электромобиль должен ставиться чаще — быть подключенным к электросети, когда не находится в движении, если не используются станции быстрой зарядки. Для такой модели эксплуатации необходимо обеспечить зарядными станциями парковки торговых и деловых центров, жилищные массивы и т.п.
Таким образом, электромобиль как вид транспорта с нулевыми выбросами имеет ряд особенностей, но благодаря преимуществам постепенно занимает свою нишу.
На данный момент это самый экологичный вид транспорта, и не только из-за нулевого выброса СО2: аккумуляторы электромобилей уже сейчас можно перерабатывать, например, до 96% лития можно повторно использовать в новых батареях.
Технологии развиваются стремительно, емкость батареи увеличивается, а цена на электромобили снижается — по моим прогнозам, к концу десятилетия число электромобилей составит 25-30 % от общего количества.
Водородный автомобиль: есть ли перспективы?
Перспективным направлением в декарбонизации транспорта может стать разработка автомобилей на водородном топливе. В сущности, это тот же электромобиль, но источником энергии для электромотора является не батарея, а водородный топливный элемент, превращающий водород в электричество. То есть и в том, и другом случае мы имеем дело с электричеством, а углеродный выброс равен нулю.
С точки зрения традиционной эксплуатации такой автомобиль привычнее, чем электромобиль: он заправляется не от розетки, а почти так же, как бензиновый или дизельный аналог — на заправочной станции.
Однако водородный автомобиль очень зависим от температуры окружающей среды: с понижением на каждые 10 градусов скорость химической реакции падает в 2-4 раза, что снижает энергоэффективность топлива. Для России такой вариант пока не подходит, но разрабатываются технологии обогрева двигателя.
Несмотря на то, что водородный транспорт перспективен, поскольку отвечает запросу на декарбонизацию, технологические особенности не дают быстро развивать этот тип транспорта. Компоненты водородного автомобиля очень дорогостоящие, и позволить их себе могут только крупные концерны, а это тормозит и развитие технологии, и спрос.
Кроме того, сейчас топливная система водородного автомобиля занимает очень много пространства. Это ведет к увеличению объемов транспортного средства, но при этом пространство для водителя сокращается. Поэтому наиболее оптимальным будет использование водородного топлива в коммерческом или грузовом транспорте, например, в автобусах.
Так что ответ на вопрос «Есть ли надежда на распространение водородного транспорта?» однозначно утвердительный.
Да, есть. Вполне вероятно, что в ближайшие два десятилетия технологии совершенствуются, но пока для массового распространения водородный автомобиль не подходит.
(Не)экологичное биотопливо
Биологическое топливо, созданное на основе органических компонентов, — этанол, FlexFuel, биодизель, биогаз — представляет из себя практически полноценную альтернативу бензину или дизелю, но производится из возобновляемых природных ресурсов. Растения, сельскохозяйственные отходы, даже отходы жизнедеятельности человека могут стать основой для биотоплива. Оно может использоваться как вместе с бензином (смесь Е85), так и отдельно — в таком случае потребуются модификации двигателя.
Использовать чистый этанол в обычном автомобиле не рекомендуется — он является растворителем и окислителем, и все соприкасающиеся с ним детали должны быть изготовлены либо из нержавеющей стали, либо из пластика. Автомобили, двигатель которых создан для биотоплива, уже не смогут использовать бензин или дизель — при сгорании 1 литра этилового спирта выделяется на 34% меньше энергии, чем при сгорании того же объема бензина.
Один из главных недостатков биологического топлива в том, что транспортное средство продолжает выделять СО2, поэтому выброс нулевым не будет. Хотя углеродный баланс планеты такие выбросы не нарушают — они компенсируются поглощением углекислого газа растениями, которые используются при производстве топлива.
Но чтобы обеспечить потребности в топливе при массовом переходе, потребуется большое количество биомассы, и тут могут возникнуть проблемы: нужны колоссальные земельные ресурсы для выращивания сырья — кукурузы, тростника, картофеля и т.д. Например, в Бразилии сейчас налажено производство этанола, но для выращивания сахарного тростника, необходимого для его производства, пришлось вырубить деревья в лесах Амазонии, а это тяжелейший удар по экосистеме.
Тем не менее, технология совершенствуется. Уже появляются варианты производства топлива из водорослей, которые проще вырастить и переработать.
Самым большим преимуществом «биологической альтернативы» перед дизелем или бензином является тот факт, что для использования биотоплива не требуется перестройка инфраструктуры или серьезная модификация всей конструкции автомобиля.
Оно вливается в баки традиционным способом, привычно расходуется и т.п. Биоэтанол, например, можно сжигать в двигателях с большей степенью сжатия, что открывает новые перспективы развития технологии производства: могут быть созданы более экономичные и более мощные двигатели.
При этом углеродная нейтральность достигается за счет производства, но не эксплуатации. То есть в глобальном смысле это способствует декарбонизации, но не решает проблему загазованности в городах, а, значит, не делает качество жизни отдельного человека лучше.
Что будет дальше?
На данный момент в России подавляющее число продаж автомобилей приходится на транспорт с двигателем внутреннего сгорания. Альтернативные источники энергии еще не пользуются массовым спросом, хотя государство постепенно вводит льготы для владельцев транспорта с нулевым углеродный следом. Например, в ряде регионов отсутствует транспортный налог для владельцев электротранспорта, а в Москве для них созданы бесплатные места на парковках.
Электромобиль постепенно перестает быть «дорогой игрушкой» и начинает занимать свою нишу: по итогам 2020 года россияне приобрели почти в два раза больше электромобилей, чем в 2019 году (687 единиц против 353), а в прошлом году продажи выросли уже в 3,1 раза, до 2254 единиц.
Водородные автомобили пока представлены штучно и недоступны для массового пользователя. Однако «Концепция по развитию электрического транспорта» включает в себя строительство первых 100 заправочных станций для водородных автомобилей к 2025 году. По заявлениям Минэнерго, к 2050 году Россия будет поставлять на мировой рынок от 7,9 до 33,4 млн тонн экологически чистого водородного топлива.
Переход на биотопливо в России возможен лишь частично, и попытки предпринимались. Еще в 2008 году три «Лады Калины», заправленные смесью биобутанола и бензина, проехали 4 тысячи километров от Иркутска до Тольятти. Год назад создана и биотопливная «Лада Гранта».
Еще один вариант — это гибридные автомобили.
Они используют и нефтепродукты, и электричество, поэтому могут рассматриваться как переходный вариант между автомобилями на дизеле и бензине и транспортом с нулевыми выбросами.
По моему прогнозу, в ближайшие 5-10 лет мы перейдем в новую эру, где будут существовать разные виды транспорта. Автомобили с двигателем внутреннего сгорания однозначно никуда не исчезнут, но их доля снизится. Свою нишу займут электромобили, водородный транспорт и транспорт на биотопливе, гибриды. Они перестанут восприниматься как «диковинка», и возникнет более четкое разделение по целям эксплуатации.
Автомобили с «альтернативным топливом» не заменят классические машины, но станут важной частью транспортного рынка.
Фото на обложке и в тексте: Pixabay
Как мир может построить настоящую водородную экономику
Универсальный и обильный водород может в значительной степени помочь миру в достижении климатических целей. Он уже является компонентом всех восьми сценариев Европейской комиссии (ЕК) с нулевыми выбросами на 2050 год.
Двухпартийный закон об инфраструктуре, принятый в прошлом году, предусматривает 8 миллиардов долларов для водородных узлов, которые расширяют использование нулевого и низкоуглеродного водорода в промышленном, энергетическом, жилом и транспортном секторах. Возможность устойчиво производить и транспортировать его может превратить низкоуглеродный водород в повседневный альтернативный энергетический ресурс, в котором нуждается мир.
Действительно, водород может стать одним из наиболее широко используемых и универсальных источников энергии, особенно по мере того, как правительства и частный сектор увеличивают свои инвестиции в водородные решения. По прогнозам исследовательской компании Wood Mackenzie, к 2050 году низкоуглеродный водород будет составлять 7% мирового спроса на конечную энергию, а общий спрос вырастет до 211 миллионов метрических тонн к 2050 году с почти нуля сегодня.
Водород также может сыграть важную роль в энергетической безопасности и экономическом росте, особенно когда страны всего мира стремятся отказаться от иностранных поставок нефти и газа. Война на Украине и зависимость европейских стран от российских энергоносителей сделали этот вопрос очевидным. На самом деле, многие наблюдатели считают, что вторжение России в Украину может в конечном итоге ускорить переход к энергетическому переходу, поскольку все больше стран стремятся уменьшить свою зависимость от российского газа.
Европейская комиссия недавно обнародовала новый план, направленный на поэтапный отказ от зависимости от российского ископаемого топлива, при этом центральным элементом этих усилий является «возобновляемый водород». Предложение направлено на увеличение возобновляемых источников энергии и увеличение в четыре раза текущих целей по поставкам зеленого водорода к 2030 году в рамках стратегии по сокращению зависимости Европейского Союза от российского газа на две трети к концу этого года.
Еще одним попутным ветром для зеленого и синего водорода является рост экологических, социальных и управленческих инициатив (ESG) и стремление клиентов во всем мире к более устойчивой планете.
Крупные ритейлеры, технологические гиганты и лидеры транспортных компаний берут на себя обязательства сократить выбросы в своих цепочках поставок, поэтому использование водорода также имеет экономический смысл.
Достичь водородного будущего можно за три шага
Мы все еще находимся на заре водородной экономики, но по мере того, как мир продолжает искать инновационные решения для борьбы с изменением климата, водород зарекомендовал себя как жизнеспособный источник энергии. и драйвер экономического роста. Чтобы сделать водород широко используемым, необходимы три вещи: больше поставок за счет производства, жизнеспособная инфраструктура для транспортировки и более низкая цена для конечного использования. Давайте подробнее рассмотрим каждый из них.
Больше снабжения и производства. Первая опора табуретки — большее количество и доступность «синего» и «зеленого» водорода. Сегодня большая часть используемого водорода является «серым», который является наиболее углеродоемкой формой водорода.
Он производится из ископаемого топлива без технологий снижения выбросов углекислого газа (CO 2 ), что означает, что CO 2 выбрасывается в атмосферу в процессе его производства.
Производство зеленого водорода использует возобновляемую электроэнергию для отделения молекул водорода от молекул кислорода в воде с помощью процесса, известного как электролиз. Что делает этот процесс устойчивым, так это тот факт, что побочный продукт не наносит вреда окружающей среде CO 2 , а электроэнергия для этого процесса обеспечивается возобновляемыми источниками, такими как энергия солнца и ветра. Тем не менее, значительные инвестиции по-прежнему необходимы для резкого увеличения поставок экологически чистого водорода с нулевым уровнем выбросов и снижения себестоимости производства.
Синий водород также получают из природного газа, но, в отличие от серого водорода, его выбросы углерода улавливаются и безопасно хранятся глубоко под землей, что значительно снижает выбросы CO 2 по сравнению с серым водородом.
Голубой водород — это ключевая технология перехода к зеленому водороду, самой чистой из всех форм водорода. Это ключевой фактор обезуглероживания, предлагающий чистую технологию в масштабе, который готов уже сейчас.
Необходима инфраструктура. Вторым ключом к широкомасштабному использованию водорода является создание инфраструктуры — труб, резервуаров и насосов, — необходимых для эффективной транспортировки, хранения и доставки самого водорода. Наряду с производством синего и зеленого водорода в достаточном количестве, важное значение будет иметь разработка объектов и трубопроводов для безопасного хранения и доставки этого ресурса.
Это займет время. Чтобы достичь коммерчески-промышленного масштаба, который ожидается от водорода, отрасли должны отдавать приоритет решениям, которые сокращают выбросы сейчас, создавая при этом инфраструктуру для поддержки возобновляемой водородной энергии в будущем. Фактически, согласно недавнему отчету Комиссии по переходу к энергетике, обезуглероживание мировой промышленности с помощью водорода может потребовать инвестиций в размере почти 15 триллионов долларов в течение следующих 30 лет.
В исследовании говорится, что около 85% необходимых инвестиций пойдут на производство электроэнергии, а оставшиеся 15% потребуются для производства водорода, а также для его транспортировки и хранения.
Развитие самоподдерживающейся экосистемы будет решающим фактором в масштабировании зеленого водорода. Для этого потребуется, чтобы различные организации из многих отраслей работали над достижением общей цели. Сюда входят предприятия на всех этапах цепочки создания стоимости — от производства до производства до секвестрации и всех промежуточных этапов. В цепочке создания ценности водорода участвует множество различных заинтересованных сторон, каждый из которых вносит свой вклад в построение самодостаточной водородной экономики.
Поощрения способствуют усыновлению. Третьим компонентом, необходимым для широкомасштабного использования водорода, являются стимулы, такие как налоговые льготы, для ускорения водородной экономики и минимизации первоначальных затрат.
Поскольку электрические и газовые компании все чаще рассматривают возможность увеличения инвестиций в низкоуглеродный водород, высокая стоимость современных технологий и оборудования для производства синего и зеленого водорода остается основным камнем преткновения и потенциально может ограничить прогресс.
Позитивным событием на этом фронте является то, что Конгресс США предложил закон, который предоставит первую в истории налоговую льготу для нулевого и низкоуглеродного производства водорода, чтобы стимулировать инвестиции в водород. Кроме того, раздел 45Q Налогового кодекса может по-прежнему стимулировать использование низкоуглеродного водорода. В настоящее время он предоставляет налоговую льготу в размере до 50 долларов США за каждую метрическую тонну улавливаемого и секвестрированного углерода, а новые предложения могут поднять эту сумму еще выше, до 85 долларов США за тонну.
Конгресс также закладывает основу для промышленности по улавливанию, использованию и хранению водорода и углерода (CCUS).
И Сенат, и Палата представителей приняли Закон о сводных ассигнованиях, который содержит ключевые налоговые льготы и положения для водородной промышленности, в том числе 150 миллионов долларов для Управления по технологиям водорода и топливных элементов.
Дорога вперед
Устойчивая энергетика имеет решающее значение, если мы хотим противостоять и преодолеть надвигающийся глобальный климатический кризис, но действовать нужно сейчас. По мере того, как все больше организаций внедряют стратегии нулевого выброса, чтобы лучше соответствовать глобальным климатическим целям, водород становится важной частью этих инициатив, но мы все еще находимся в начале пути. Путь к чистому нулю сложен и долог. Роль улавливания водорода и углерода и их многочисленные применения широко не известны и не приняты.
Хорошая новость заключается в том, что водород окружает нас повсюду. Это самый распространенный элемент во Вселенной. Нам просто нужно разработать способы экономичного и эффективного использования водорода.
Обнадеживает то, что мир сейчас движется в этом направлении, и на рынке появляются новые технологии, которые помогают отраслям, где бы они ни находились на пути к устойчивому развитию.
— Вимал Капур является президентом и генеральным директором Honeywell Performance Materials and Technologies (PMT), бизнес-группы, которая разрабатывает технологические процессы, решения для автоматизации, передовые материалы и промышленное программное обеспечение, которые преобразуют отрасли по всему миру.
Топливо будущего — Проект YEARS
Электричество – транспортное топливо будущего. Автомобили с небольшими бортовыми генераторами, современными батареями или баками с водородом однажды станут такими же многочисленными, как бензиновые автомобили сегодня.
Это не сон.
Несмотря на то, что есть препятствия, которые необходимо преодолеть, крупные автопроизводители по всему миру вкладывают значительные средства в электрификацию серийных автомобилей для достижения национальных целей в области топливной экономичности, чистого воздуха и энергетической независимости.
Потребительское признание электромобилей растет, хотя и медленно, по мере того, как компании выпускают больше моделей. Миллиарды долларов были потрачены на разработку технологий аккумуляторов и водородных топливных элементов, и вряд ли эти доллары будут выброшены на ветер.
Для некоторых идея о том, что за электромобилями будущее, возможно, пострадала после избрания Дональда Трампа президентом США. В конце концов, он призвал к активизации эксплуатации угольных и нефтяных ресурсов и назвал изменение климата мистификацией.
Но эксперты говорят, что еще слишком рано выдергивать вилку из розетки.
Даже автомобильная промышленность, несмотря на лоббирование смягчения стандартов топливной экономичности, давно признала, что электрификация автомобилей никуда не денется. Почти каждый крупный автопроизводитель работает над аккумуляторными электромобилями, требующими подзарядки от электросети, и автомобилями, которые производят собственное электричество из сжатого газообразного водорода.
Toyota, Honda и Hyundai уже начали продавать автомобили на топливных элементах, хотя из-за отсутствия водородных заправочных станций первоначальные продажи были ограничены Калифорнией.
«Все движется по всему земному шару», — говорит Роланд Хванг, директор программы по энергетике и транспорту природоохранной группы «Совет по защите национальных ресурсов».
С 2010 года General Motors инвестировала более 2 миллиардов долларов в электрификацию автомобилей и планирует выпустить к концу года свою третью подключаемую модель Chevrolet Bolt EV. GM неоднократно заявляла, что полностью привержена увеличению количества предлагаемых автомобилей с подключаемыми модулями.
Компания Toyota в своем «Вызове 2050» обязалась сократить выбросы парниковых газов от своих глобальных предложений легковых и грузовых автомобилей на 90 процентов к середине века. Для достижения этой цели требуется дальнейшее повышение эффективности автомобилей в США, на долю которых приходится около 25% мировых продаж.
Автопроизводитель еще не определился с трансмиссией и топливной смесью, но это потребует значительной степени электрификации автомобиля, говорит Джейси Читвуд, специалист по устойчивой мобильности подразделения передовых продуктов Toyota Motor North America.
Отказ от разработки электромобилей был бы конкурентным самоубийством для автомобильной промышленности США, когда европейские и азиатские страны используют их в качестве основного инструмента в своем стремлении к более чистому воздуху и меньшей зависимости от нефти.
Китай уже является крупнейшим в мире рынком электромобилей. Кроме того, производство возобновляемой энергии опережает новые генерирующие мощности на нефтяном топливе во всем мире, а аккумуляторная промышленность находится на пороге значительного снижения цен, что поможет сделать цены на электромобили конкурентоспособными по сравнению с другими автомобилями. «НАС. автопроизводители не могут позволить себе не отставать», — говорит Хван.
Кроме того, в дюжине штатов, во главе с Калифорнией, действуют стандарты качества воздуха, которые требуют использования топлива с низким и нулевым содержанием углерода и продажи автомобилей с подключаемым модулем.
Только на Калифорнию приходится 10 процентов продаж новых автомобилей в стране, поэтому автопроизводители не могут игнорировать ее требования.
Действительно, согласно федеральным оценкам, на легковые автомобили и легкие грузовики приходится почти 60 процентов выбросов парниковых газов в транспортном сегменте экономики США. Электромобиль почти на 50 процентов чище, чем автомобиль, работающий на обычном топливе, даже с учетом выбросов, создаваемых при производстве топлива.
Замена четверти всех автомобилей с двигателями внутреннего сгорания и легких грузовиков на электромобили, подключаемые к сети, сократит выбросы парниковых газов примерно на 14 процентов. Очистите сеть за счет большего количества возобновляемой энергии, и процент увеличится; загрязните его большим количеством угля, и он уменьшится.
Если Соединенные Штаты не вернутся к получению всей электроэнергии от угольных электростанций без оборудования для очистки от загрязнений, электромобили и подключаемые гибриды будут эффективнее и чище, чем обычные автомобили.
Это во многом благодаря эффективности электродвигателей, которые примерно в три раза лучше, чем двигатели внутреннего сгорания, преобразуют топливо в мощность, вращающую колесо.
Учитывая все это, «мы оптимистичны, но прагматичны», — говорит Дон Анаир, заместитель директора и руководитель исследования программы чистых транспортных средств Союза обеспокоенных ученых. «Предстоит еще много работы. Но на данный момент в США было продано более 500 000 автомобилей с подключаемыми модулями, и доступно более 25 моделей, и их количество будет увеличиваться, и все это было сделано с 2010 года, когда GM и Nissan представили первые автомобили с подключаемыми модулями. Nissan Leaf и Chevrolet Volt, сказал он.
«Мы вступаем в поколение 2.0», — добавила сторонник электромобилей Челси Секстон, имея в виду электромобили нового поколения, начиная с Chevrolet Bolt, которые проедут 200 или более миль на одном заряде по сравнению с сегодняшней нормой около 100 миль. миль по ценам, которые начинают конкурировать с бензиновыми автомобилями благодаря более легким, прочным и дешевым батареям.
Тем не менее, большинство потребителей не знакомы с электромобилями и не осведомлены об их преимуществах. Многие не думают, что могут себе это позволить, и не знают о федеральных и государственных стимулах, которые помогают сократить расходы. Другие подозревают, что электромобили не будут выполнять ту работу, которую, по их мнению, им нужно делать от автомобилей. Большинство подключаемых к сети моделей автомобилей сегодня доступны только в нескольких штатах с самыми строгими правилами качества воздуха.
Электромобили недешевы. Их батареи при сегодняшних производственных затратах добавляют к их ценникам многие тысячи долларов. Чтобы компенсировать это, Конгресс установил налоговую льготу на подключаемые транспортные средства на сумму до 7500 долларов. Некоторые штаты также предлагают прямые денежные скидки или налоговые льготы. Федеральные и государственные стимулы могут снизить стоимость электромобиля на 13 000 долларов в Колорадо, 11 500 долларов в Калифорнии и 10 000 долларов в Джорджии и Коннектикуте.
Однако многие не знают об этих поощрениях. Недавний опрос калифорнийских водителей, проведенный Союзом обеспокоенных ученых, показал, что, хотя более 60 процентов заявили, что рассматривают возможность покупки электромобиля, 75 процентов не знали о наличии финансовых стимулов на федеральном уровне и уровне штата. И это несмотря на то, что Калифорния была эпицентром электромобилей в течение почти двух десятилетий.
«Повышение осведомленности потребителей ускорит признание потребителями», — сказал Читвуд из Toyota, добавив, что потребительский спрос имеет большее влияние, чем государственное регулирование в продвижении новых технологий.
Одним из больших стимулов для сторонников большего образования в области электромобилей является 2 миллиарда долларов, которые были выделены для урегулирования иска федерального правительства против Volkswagen за установку программного обеспечения, отключающего контроль выбросов дизельных автомобилей. «Нам нужно просвещение потребителей, и мировое соглашение с VW будет очень полезным… это больше, чем мы когда-либо получим от правительства», — говорит Хван.
Новая администрация Трампа, вероятно, столкнется с борьбой в судах, если будет добиваться политики, которая повернет время вспять в отношении электрификации транспортных средств.
Стандарты эффективности использования топлива «очень популярны среди американцев и даже поддерживаются автомобильной промышленностью», — говорит Люк Тоначел, директор проекта «Чистые транспортные средства и топливо» Совета по защите национальных ресурсов.
Если администрация Трампа попытается их ослабить, сказал он, «она обнаружит, что мы стоим на пути».
Топливо будущего
Компания Heliogen работает над созданием устойчивого будущего, используя энергию солнечного света для замены ископаемого топлива. Сегодня существует огромная возможность обезуглерожить промышленный сектор и снизить выбросы от транспорта. Зеленый водород может быть ответом.
Почему водород?
Водород — это мощный транспортабельный энергоноситель, который может производить электроэнергию, энергетику и транспорт.
В отличие от ископаемого топлива, при сжигании водорода в качестве побочного продукта образуется только вода, что означает отсутствие вредных выбросов парниковых газов. По этой причине это привлекательное топливо для будущего.
Но не весь водород одинаков. Хотя водород является наиболее распространенным элементом во Вселенной, он обычно не существует сам по себе в природе. Молекулярный водород получают путем расщепления водорода из ископаемого топлива, растений или воды. В зависимости от используемого сырья и процесса полученный водород маркируется цветовым обозначением.
Каковы «цвета» водорода?
«Серый водород», наиболее распространенная форма водорода, доступная сегодня, производится из природного газа (обычно метана). В процессе, известном как паровая конверсия метана (SMR), метан и пар реагируют вместе в высокотемпературном каталитическом реакторе высокого давления с образованием водорода. Углекислый газ является загрязняющим веществом в результате процесса преобразования метана с паром , что делает серый водород наименее устойчивой формой водорода, доступной сегодня.
«Голубой водород» производится почти так же, как и серый водород, но выбросы, образующиеся в результате SMR, улавливаются и хранятся под землей в процессе, известном как улавливание и хранение углерода (CCS). Хотя голубой водород является вариантом с более низким содержанием углерода, чем серый водород, он по-прежнему связан с последствиями, вытекающими из использования ископаемого топлива, такими как выброс метана в атмосферу.
«Зеленый водород» означает 100% чистый раствор. Зеленый водород производится с использованием возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер. Сегодня менее одного процента от общего годового производства водорода является «зеленым»9.0139 1 , но ожидается, что она будет расти по мере расширения инфраструктуры, необходимой для ее создания, и снижения производственных затрат.
Существуют и другие цветовые обозначения водорода, такие как розовый (производится с использованием ядерной энергии), черный/коричневый (производится с использованием угля или лигнита) и белый (встречается в природе).
Как производится зеленый водород?
В отличие от серого водорода, зеленый водород является полностью возобновляемым как в исходном материале, так и в энергоснабжении. Что касается исходного материала, зеленый водород сегодня обычно получают из воды в процессе, известном как электролиз, в котором используется электрический ток для расщепления воды на составляющие молекулы водорода и кислорода. Это делается с помощью устройства, называемого электролизером, в котором используются катод и анод (положительно и отрицательно заряженные электроды). Этот процесс производит только кислород или пар в качестве побочного продукта. Что касается энергоснабжения, которое можно назвать «зеленым водородом», источник электроэнергии, используемый для электролиза, должен быть получен из возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра или солнца.
Существует три основных типа электролизеров: щелочные, с протонообменной мембраной (ПЭМ) и твердооксидные.
Они различаются по природе используемого материала электролита. Щелочные электролизеры используют водный раствор с щелочноподобной солью для обеспечения электропроводности, в то время как PEMэлектролизеры используют твердую полимерную мембрану (электролит). Твердооксидные электролизеры используют твердый керамический материал в качестве электролита, что позволяет им работать при более высоком электрическом КПД и значительно более высоких температурах. Это позволяет использовать пар и внешнее тепло в качестве источников энергии, а не полагаться на электричество. Таким образом, электролиз твердого оксида позволяет значительно снизить стоимость операций, поскольку тепло обычно дешевле и иногда естественным образом вырабатывается как побочный продукт некоторых промышленных процессов.
Компания AtHeliogen сотрудничает с Bloom Energy (NYSE: BE) для производства зеленого водорода с использованием только концентрированной солнечной энергии и воды. Это будет сделано путем объединения почти круглосуточно безуглеродной энергии и пара, вырабатываемых солнечной системой производства Heliogen Sunlight Refinery, с твердооксидным электролизером Bloom Energy.
Что может зеленый водород?
Широкомасштабное использование зеленого водорода имеет решающее значение для обезуглероживания исторически углеродоемких процессов и отраслей. На промышленный сектор приходится более трети мирового потребления энергии 2 и более 20% выбросов углерода в США. 3 Замена ископаемого топлива экологически чистым водородом значительно сократит выбросы в таких отраслях, как сталелитейное, нефтеперерабатывающее и химическое производство. Зеленый водород также может заменить традиционный водород, получаемый из природного газа, в таких отраслях, как производство удобрений. Кроме того, зеленый водород — это решение для транспорта с нулевым выбросом углерода, на долю которого сегодня приходится почти треть выбросов углерода в США. 4 Водородные топливные элементы работают с более высоким КПД, чем двигатели внутреннего сгорания, и могут значительно снизить воздействие на окружающую среду грузовых автомобилей и поездов на большие расстояния.
Водород также может транспортироваться по трубопроводам для питания и обогрева домов и зданий, что еще больше снижает зависимость от ископаемого топлива и выбросы парниковых газов.
Использование зеленого водорода ограничено только стоимостью его производства. В Heliogen мы работаем над созданием доступных коммерческих приложений для производства экологически чистого водорода, чтобы способствовать переходу на возобновляемые источники энергии и поставлять надежную, экономически эффективную энергию, устойчивую для бизнеса и устойчивую для Земли.
[1] https://www.woodmac.com/our-expertise/focus/transition/hydrogen-production-costs-to-2040-is-a-tipping-point-on-the-horizon/
[2] https://www.iea.org/reports/tracking-industry-2020
[3] https://www.epa.gov/ghgemissions/sources-greenhouse-gas-emissions#:~:text= Промышленность%20(23%20процент%20%202019,производить%20товары%20из%20сырья%20материалы
[4] https://www.epa.gov/ghgemissions/sources-greenhouse-gas-emissions#:~:text = Промышленность% 20 (23% 20 процентов% 20% 202019 г.